CN113032879B - 一种光伏场地平整设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光伏场地平整设计方法，包括区块划分与编码、节点体积和面积归集、相邻节点高差调整和节点高度迭代调整步骤，本发明以光伏矩阵(或更小范围)为区块，以控制坡度为约束条件，以调整区块节点高度为基本步骤，通过不断迭代调整节点高度，使相邻节点坡度满足要求，最终形成场平方案，并实现总体土方挖填量最小的目标。

Description

一种光伏场地平整设计方法
技术领域
本发明涉及一种光伏场地平整设计方法，主要适用于沙漠等地形起伏较大地区的光伏电站场地平整设计。
背景技术
光伏组件常采用南北方向布置，面板可朝东西方向旋转以正对太阳。为减小东西向相邻面板的相互遮挡，光伏场地东西向坡度需控制在一定范围内(一般不超过2％)；在沙漠地区，光伏面板多采用清洁小机器人沿面板组件南北方向爬行进行清洁，清洁小机器人最大爬行坡度决定了场地南北方向的最大坡度(一般不超过6％)。
大型光伏电站往往占地十几甚至数十平方公里，在沙漠等地形起伏较大的地区，光伏场平的土石方量可达到数百万甚至数千万方，工程量巨大。采用传统的场平设计方法需先对光伏场地划分区块，对每一区块采用场平软件进行场平设计后再考虑区块间边界的协调问题。传统的方法极为耗时费力，划分的区块数量有限，最多十几个，区块之间难以很好衔接，并且难以判断场平方案的优劣，只能通过多做方案进行比较，最后选出相对较优的方案。传统场平方法设计工作量大，效率低，场平方案挖填方量大。
发明内容
本发明的目的是：针对背景技术所存在的问题，提供一种光伏场地平整设计方法。该方法以光伏矩阵(或更小范围)为区块，以控制坡度为约束条件，以调整区块节点高度为基本步骤，通过不断迭代调整节点高度，使相邻节点坡度满足要求，最终形成场平方案，并实现总体土方挖填量最小的目标。
本发明所采用的技术方案是：
一种光伏场地平整设计方法，其特征在于包括以下步骤：
a、区块划分与编码：根据光伏矩阵布置，对整个场地进行区块划分，并对所有区块和节点进行编码，形成拓扑结构；
b、节点体积和面积归集：将所有区块的面积和体积归集到节点上，将区块场平问题转化为调整节点高度问题；
c、相邻节点高差调整：对高差大于允许高差的相邻节点，在总土方量不变的前提下进行土方调运，使两者高差等于允许高差。
d、节点高度迭代调整：每发生一次相邻节点高差调整，就从高度最小的节点开始检索相邻节点高差是否小于允许高差，从而逐步完成各节点高度的迭代调整，最终形成场平方案。
本发明的有益效果是：
a、适用性好：对不同的光伏场平工程均可采用本方法进行场平设计，只是区块划分和坡度要求等边界条件有所不同。
b、设计速度快：通过计算编程将本设计方法程序化，在极短时间就能完成场平方案设计。
c、场平挖填工程量少：本设计方法实质上是并且也实现了在最大限度保持原始地形的基础上，通过就近削峰填谷，使场地坡度满足要求，因此能极大减少场平挖填方量并缩短运输距离。
附图说明
图1是本发明的步骤流程图。图中各符号示意如下：Slope-NS-场地南北向限制坡比，Slope-EW-场地东西向限制坡比，DI-NS-南北向相邻节点间距，DI-EW-东西向相邻节点间距，dtHi-相邻节点允许高差，Vei-各区块原始地形下的体积，Sei-各区块水平投影面积，Snj-各节点归集的面积，Vnj-各节点归集的体积，Hnj-各节点原始高度，Seq-从高度最小的节点到高度最大的节点的排列序列，dthi-相邻节点高差，p-土方调运中调入土方的节点号，q-土方调运中调出土方的节点号，k-压实系数。
图2为本发明实施例的区块划分示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
本实施例提供一种光伏场地平整设计方法，包括如下步骤：
S1.提取场地坐标数据
对原始地形坐标数据进行提取，形成地形数据文档。为便于数据处理，可采用局部坐标系。
S2.划分矩形区块，对区块、节点进行编号
采用两边分别平行于东西向和南北向的矩形区块对光伏场地进行划分，区块大小根据光伏矩阵的布置和光伏组件的尺寸确定。需注意，区块划分的越大，场平方案的挖填方量越大，场平施工越易控制。建议矩形区块边长控制在50m～200m范围内。对划分的区块及区块的节点进行编号，记录节点坐标、区块编号及各区块的节点组成，形成拓扑结构。
如图2所示，按上北下南、左西右东作为方向，其中，实线矩形代表各区块，带有圆圈的标号为区块编号，附图标号1、2、3……25为各区块的节点，也即矩形的顶点。
S3.计算相邻节点的允许高差
根据允许最大的南北向坡比Slope-NS和东西向坡比Slope-EW计算相邻节点允许高差dtHi：dtHi＝DI-NS×Slope-NS(南北向分布的相邻节点)，或dtHi＝DI-EW×Slope-EW(东西向分布的相邻节点)。
S4.计算各区块的体积和面积
将矩形区块划分为小网格列阵，小网格边长约10～20m，小网格体积由小网格面积×小网格中心点高程计算，区块体积Vei为所有小网格体积之和；区块面积Sei为所有小网格面积之和。
S5.计算各节点归集的面积和体积
各节点归集的面积Snj(下文简称：各节点的面积)为共用该节点的各区块面积Sei之和的1/4；各节点归集的体积Vnj(下文简称：各节点的体积)为公用该节点的各区块体积Vei之和的1/4。
如图2所示，其中虚线矩形为各节点归集的面积。
S6.计算各节点的原始高度
节点的原始高度Hnj为体积和面积的比值，即：Hnj＝Vnj/Snj
S7.节点按高度排序
按高度最小的节点到高度最大的节点进行排序，形成检索序列Seq＝{n1,n2…}，n1、n2…代表节点编号，其高度由小到大递增。
S8.依次检索序列Seq
依次检索序列Seq的各个节点，如某个节点与其相邻节点的高差dthi大于允许高差dtHi，则停止检索，跳转至步骤S9；如所有节点与相邻节点的高差dthi均不大于dtHi，则跳转至步骤S12。
S9.确定土方调运的两个节点
记正在检索的节点为p，与节点p相邻的各节点中与节点p的高差dthi大于允许高差dtHi且差值dthi–dtHi为最小值的节点为q，确定节点q为土方调出点，节点p为土方调入点。
S10.相邻节点土方调运
从节点q调运土方dtV到节点p，使调运后两节点的高差dth’i等于最大允许高差dtHi。
在节点土石方调运过程中，各节点体积中比原始高度Hnj高的体积为压实方，比原始高度Hnj低的体积为自然方，压实系数为k(k＝压实方/自然方)。节点q在调出土方时，应先调出压实方(如有)，待节点高度小于原始高度后，再调出自然方(如有不足)；节点p在调入土方时，先填满不足的自然方(如有)，待节点高度大于原始高度后，再填压实方(如有余量)。土方调运中需注意其性质是否有变化。
S11.更新节点高度
将S10中发生土方调运后的p、q节点的高度分别替换两者之前的高度，跳转至S7。
S12-连接节点。
按各节点的高度连接所有相邻节点，形成最终的设计场平方案。

Claims (5)

1.一种光伏场地平整设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.对原始地形坐标数据进行提取；
S2.采用两边分别平行于东西向和南北向的矩形区块对光伏场地进行划分，对划分的区块及区块的节点进行编号，记录节点坐标、区块编号及各区块的节点组成，形成拓扑结构；
S3.根据允许最大的南北向坡比Slope-NS和东西向坡比Slope-EW计算相邻节点允许高差dtHi，其中，南北向相邻节点的允许高差dtHi＝DI-NS×Slope-NS；东西向相邻节点的允许高差dtHi＝DI-EW×Slope-EW，其中，Slope-NS-场地南北向限制坡比，Slope-EW-场地东西向限制坡比，DI-NS-南北向相邻节点间距，DI-EW-东西向相邻节点间距；
S4.采用小网格加和的方法计算各区块的体积和面积；
S5.计算各节点归集的面积和体积，各节点归集的面积Snj为共用该节点的各区块面积Sei之和的1/4；各节点归集的体积Vnj为公用该节点的各区块体积Vei之和的1/4；
S6.计算各节点的原始高度Hnj：Hnj＝Vnj/Snj；
S7.按高度最小的节点到高度最大的节点进行排序，形成检索序列Seq＝{n1,n2…}，n1、n2…代表节点编号，其高度由小到大递增；
S8.依次检索序列Seq的各个节点，如某个节点与其相邻节点的高差dthi大于允许高差dtHi，则停止检索，跳转至步骤S9；如所有节点与相邻节点的高差dthi均不大于dtHi，则跳转至步骤S12；
S9.记正在检索的节点为p，与节点p相邻的各节点中与节点p的高差dthi大于允许高差dtHi且差值dthi–dtHi为最小值的节点为q，确定节点q为土方调出点，节点p为土方调入点；
S10.从节点q调运土方dtV到节点p，使调运后p、q两节点的高差dth’i等于最大允许高差dtHi；
S11.将S10中发生土方调运后的p、q节点的高度分别替换两者之前的高度，跳转至S7；
S12.按各节点的高度连接所有相邻节点，形成最终的设计场平方案。
2.根据权利要求1所述的一种光伏场地平整设计方法，其特征在于：场地采用局部坐标系，以便于数据处理。
3.根据权利要求1所述的一种光伏场地平整设计方法，其特征在于：矩形区块边长控制在50m～200m范围内。
4.根据权利要求1所述的一种光伏场地平整设计方法，其特征在于：在节点土石方调运过程中，各节点体积中比原始高度Hnj高的体积为压实方，比原始高度Hnj低的体积为自然方，压实系数为k＝压实方/自然方；节点q在调出土方时，如有压实方的，应先调出压实方，待节点高度小于原始高度后，如有不足，再调出自然方；节点p在调入土方时，如有不足的自然方，先填满不足的自然方，待节点高度大于原始高度后，如有多余，再填为压实方。
5.根据权利要求1所述的一种光伏场地平整设计方法，其特征在于：每发生一次相邻节点高差调整，就从高度最小的节点开始检索相邻节点高差是否小于允许高差，从而逐步完成各节点高度的迭代调整，最终形成场平方案。
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